Comparing flow regime,channel hydraulics,and biological communities to infer flow–ecology relationships in the Mara River of Kenya and Tanzania

Abstract

Equatorial rivers of East Africa exhibit unusually complex seasonal and inter-annual flow regimes, and aquatic and adjacent terrestrial organisms have adapted to cope with this flow variability. This study examined the annual flow regime over the past 40 years for three gauging stations on the Mara River in Kenya and Tanzania, which is of international importance because it is the only perennial river traversing the Mara-Serengeti ecoregion. Select environmental flow components were quantified and converted to ecologically relevant hydraulic variables. Vegetation, macroinvertebrates, and fish were collected and identified at target study sites during low and high flows. The results were compared with available knowledge of the life histories and flow sensitivities of the riverine communities to infer flow–ecology relationships. Management implications are discussed, including the need to preserve a dynamic environmental flow regime to protect ecosystems in the region. The results for the Mara may serve as a useful model for river basins of the wider equatorial East Africa region.

Editor Z.W. Kundzewicz; Guest editor M. Acreman     

Numerical simulation of the impact of vegetation index on the interannual variation of summer precipitation in the Yellow River Basin

Two sets of numerical experiments using the coupled National Center for Environmental Prediction General Circulation Model （NCEP/GCM T42L18） and the Simplified Simple Biosphere land surface scheme （SSiB） were carried out to investigate the climate impacts of fractional vegetation cover （FVC） and leaf area index （LAI） on East Asia summer precipitation, especially in the Yellow River Basin （YRB）. One set employed prescribed FVC and LAI which have no interannual variations based on the climatology of vegetation distribution; the other with FVC and LAI derived from satellite observations of the International Satellite Land Surface Climate Project （ISLSCP） for 1987 and 1988. The simulations of the two experiments were compared to study the influence of FVC, LAI on summer precipitation interannual variation in the YRB. Compared with observations and the NCEP reanalysis data, the experiment that included both the effects of satellite-derived vegetation indexes and sea surface temperature （SST） produced better seasonal and interannual precipitation variations than the experiment with SST but no interannual variations in FVC and LAI, indicating that better representations of the vegetation index and its interannual variation may be important for climate prediction. The difference between 1987 and 1988 indicated that with the increase of FVC and LAI, especially around the YRB, surface albedo decreased, net surface radiation increased, and consequently local evaporation and precipitation intensified. Further more, surface sensible heat flux, surface temperature and its diurnal variation decreased around the YRB in response to more vegetation. The decrease of surface-emitting longwave radiation due to the cooler surface outweighed the decrease of surface solar radiation income with more cloud coverage, thus maintaining the positive anomaly of net surface radiation. Further study indicated that moisture flux variations associated with changes in the general circulation also contributed to the precipitation interannual variation.     

现代黄河三角洲沉积层压实下沉的计算分析

1855年以来形成的厚度为15 m的现代黄河三角洲分流叶瓣在遭废弃后的最近30 a内的沉积压实幅度为2.28～3.87 m,年平均压实量达0.1 m,其中黏土质粉砂被压实了25.8%,粉砂沉积地层被压实了15.2%,黏土质粉砂的沉积压实量是粉砂沉积压实量的1.7倍,在此期间基本上完成了三角洲压实下沉过程。下伏沉积地层的压缩量有限,不同沉积年代的沉积压实下沉量相差小,如厚度为20～30 m的沉积压实量仅有0.2～0.28 m,其中黏土质粉砂被压实了0.91%,粉砂被压实了1.19%,沉积地层平均被压实了1%。无论是黏土质粉砂还是粉砂,孔隙度与沉积地层深度呈负指数函数关系,黏粒含量愈高,孔隙水则愈难以排出,覆盖在下伏沉积地层上面的表层沉积物对压实下沉贡献愈大。     

珠江口盆地中新统珠江组强制海退沉积层序与有利砂体分布*

针对珠江口盆地中新统珠江组强制海退体系域沉积层序特征认识不足、层序归属不合理等问题,综合利用高分辨率三维地震、岩心和测井数据,采用层序地层学、地震沉积学和石油地质学的相关理论和分析方法,在对强制海退形成机理进行分析的基础上对该体系域的沉积层序特征、演化模式和有利砂体分布进行了探讨分析,指出该体系域顶界面具有明显的顶超侵蚀特征,应归属于SQ1层序的最后一个体系域,并总结了该体系域的沉积层序演化模式。结果表明: 强制海退体系域具有退覆式的高角度斜交型前积反射结构,表现为陆架边缘三角洲的沉积特征,钻测井资料显示为多个具反旋回的前三角洲泥、远砂坝、河口砂坝与水下分流河道的组合沉积;强制海退体系域钻井岩心中发育陆坡区常见的生物扰动、泥质条带变形和滑塌、滑动现象,其前端下倾方向发育具强振幅反射结构的浊积扇沉积;强制海退体系域有利储集砂体位于该体系域顶界面和底界面附近,分别为陆架边缘三角洲前缘砂体和浊积扇砂体,是实现岩性油气藏勘探突破的重要方向。     

ENSO事件对长江上游1470-2003年旱涝灾害影响分析

对长江上游旱涝灾害时间序列(1470-2003年)及SST指数序列(1868-2003年)作统计相关与谱分析,探讨了长江上游旱涝灾害与ENSO事件的遥相关关系.结果表明:长江上游旱涝灾害主周期要大于ENSO事件的主周期,前者主周期主要为16.69a,5.09a以及10.47a,而后者主周期主要为5a,～10～12年以及～10a.交叉谱分析结果表明,长江上游旱涝灾害与SST在约5a以及约10～12a周期上呈现出显著的相关性.可以认为ENSO事件发生周期与生存周期的长短直接影响着长江上游旱涝灾害发生的周期与频率,并在5a以及10～12a的周期上表现出高的统计相关性.SST指数与长江上游旱涝灾害相关分析表明,ElNiño事件的发生使长江上游发生旱灾机率增大,而LaNiña事件的发生则使长江上游发生涝灾的机率增大.     

长江中下游六省大气甲烷柱浓度时空分布

甲烷(CH₄)是造成气候变暖的主要温室气体之一。为了了解长江中下游水稻种植区CH₄浓度的分布情况,本次研究基于温室气体观测卫星(greenhousegasesobservingsatellite,GOSAT)和大气红外探测仪(atmospheric infraredsounder,AIRS)卫星反演的数据产品,对我国长江中下游六省大气CH₄柱浓度的时空分布特征进行了研究。研究结果表明,由GOSAT反演的长江中下游六省大气CH₄浓度呈逐年增长趋势,其年均浓度由2011年的1817×10^-9增长至2018年的1875×10^-9,高于东三省、华北平原和全国平均水平。区域平均年增长量为8.2×10^-9 a^-1。各省年际增长幅度略有差异,纬度偏低的江西、湖南和浙江三省大气CH₄浓度高且增长量偏大,纬度偏高的湖北、安徽和江苏三省大气CH₄浓度略低且增长量偏小。长江中下游六省大气CH...     

藏北羌塘中部难爬日铁矿地质特征及矿床成因

难爬日铁矿位于羌塘中央隆起区。对难爬日铁矿的地质特征、矿体及矿石特征进行初步调查,通过野外调研及室内岩相学与矿相学观察,将难爬日铁矿的形成划分为早期矽卡岩阶段、晚期矽卡岩阶段、氧化物阶段、石英—硫化物阶段及后期氧化作用阶段5个成矿阶段,同时对难爬日铁矿的围岩蚀变和矿化富集规律进行分析。根据矿体产出地质条件、矿石矿物组合及围岩蚀变特征,并结合前人资料认为,难爬日矿床属接触交代型铁矿床,晚三叠世中酸性侵入岩与碳酸盐岩接触部位为重点找矿地段。     

河流地貌演化研究进展

本文基于近年来全球河流地貌演化的研究实例及新进展,介绍了主要的研究载体与思路,讨论了河流地貌演化事件背后的地质、环境意义。沉积学、地貌学、物源分析、低温热年代学等是解决河流地貌演化问题的重要工具。沉积学记录着河流演化的一手资料,同时,沉积物定年技术的发展为揭示河流演化过程提供了高精度的时间约束。地貌指数研究是根据河流剖面形态与流域特征等揭示河流及区域地貌演化过程的研究手段,在恢复基岩隆升历史,定义地貌演化状态和判断分水岭迁移等方面具有优势。基于碎屑热年代学的物源分析方法结合沉积物沉积年代测定的研究思路则是利用了地表物质的“源—汇”过程变化,是揭示水系沟通演化历史的有效手段。当借助中-低温热年代学的多方法联合和单矿物的多重定年作为物源示踪剂时,可以有效提高分析精度,具有广阔的研究前景。另外,低温热年代学和宇宙核素¹⁰Be等对浅表过程十分敏感,记录了百万年—千年尺度的河流侵蚀作用,是示踪流域侵蚀方式空间变化和定量化揭示侵蚀过程的有力工具。河流的诞生与演化是地表过程的重大事件,记录了局部或区域的构造—气候背景,也是研究构造—气候—地貌耦合及互馈过程的重要纽带。特别是新生代晚期以来,地貌形成过程伴随着古人类的诞生与发展,而河流的演化则在古人类活动和迁徙中起到了重要的控制作用。因此,河流地貌演化的背景动力及环境意义体现了地球多圈层的相互作用与协同演化。

     

长江流域沿江镉异常源追踪与定量评估的方法技术研究:以长江流域安徽段为例

长江全流域性的Cd异常是被中国正在进行的多目标地球化学调查发现的重大生态环境问题。以长江流域安徽段为研究对象,对沿江镉异常源追踪与定量评估的方法技术进行了系统研究。通过对安徽段长江干流及其主要支流悬浮物中元素含量的测量查明:悬浮物是流域内重金属元素大跨度迁移的主要载体;Cd在悬浮物中的富集程度远远大于其他重金属元素,这或许正是Cd可以形成沿江流域性异常的主要原因;长江干流悬浮物中重金属元素含量的变化明显受到沿江支流的影响。安徽段长江干流及其主要支流重金属元素输出通量定量计算结果表明:秋蒲河是安徽段重金属元素输出通量最大的支流,每年在安徽段长江两岸土壤中沉积下约4.45t的Cd。利用悬浮物加密测量、1∶5万土壤测量和岩石测量对顺安河流域Cd异常源追踪结果显示:内生金属矿床特别是铅锌矿是悬浮物中Cd的最大的供应源。采用河漫滩沉积物分层采样技术和同位素测年技术,初步恢复了研究区Cd等重金属元素沉积和污染的地球化学历史,对研究区Cd等重金属元素异常的未来演变趋势进行了预警预测。     

城市化对水系结构及其连通性的影响——以秦淮河中、下游为例

针对当前城市化所引起水系衰减、河流连通受阻以及由此所引起洪涝与水环境的问题,以秦淮河中、下游为例,选取1979和2006年两期流域遥感影像,分析了城市化影响下的下垫面变化特征;选取1980s和2009年的地形图对河流水系进行提取,借鉴景观生态学中河流廊道空间结构分析方法,通过不同时期水系分级,探讨了城市化对水系结构及其连通性的影响.结果表明:(1)城市化使得2006年城镇用地面积相比1979年增加84.54 km²,增加了9倍多,大量林草地、耕地以及水域转变成城镇用地;(2)河流长度在过去的30年里减少了41%,河道主干化趋势明显;河流发育呈现由多元到单一、由复杂到简单的趋势;(3)连通性参数连接率、实际结合度分别由原来的1.28、0.43下降到0.79、0.26,河流的连通性呈下降趋势.该研究将为城市化地区河流水系保护提供支持与参考.